广厦讲座——多高层建筑结构计算中的疑难问题及其处理办法ppt课件

1、多高层建筑构造计算中的疑问问题多高层建筑构造计算中的疑问问题及其处置方法及其处置方法 吴文勇吴文勇广东省建筑设计研讨院广东省建筑设计研讨院深圳市广厦软件深圳市广厦软件一、主流构造计算软件的开展一、主流构造计算软件的开展开展历史开展历史构件计算 平面杆系 通用分析和设计 空间薄壁杆系 墙元杆系 1982年 计算机 1995年 1985年 2007年 小型机 微机 超性能微机 2.2.下一代主流构造计算应具备的条件下一代主流构造计算应具备的条件1分析通用性：具有丰富的计算单元、荷载、快速而大规模的求解器；2构造设计规范的严密结合：能到达设计规范要求的各种计算功能；3友好的前后处置：平面、立面和三维

2、建模，参数完全开放设置，施工图自动生成；4优秀的技术效力：提供及时、周到和彻底的技术咨询。3.3.国产通用分析和设计软件继续成为下一代主流计算国产通用分析和设计软件继续成为下一代主流计算1GSSAP：主流构造计算软件2PMSAP：复杂构造计算软件3ETABS：国外计算软件二、模型简化二、模型简化 1.1.为什么壳单元在各计算软件中计算墙的结果不同为什么壳单元在各计算软件中计算墙的结果不同1)采用壳单元的墙的根本计算方法：壳单元+子构造+转角约束 xy2123312) 计算结果不同的主要缘由a)单元形函数每层采用一个带开洞的子构造式墙单元 A点x向位移A点z向位移B点x向位移B点z向位移ETAB

3、S16.5484.18816.134-3.956GSSAP17.4.20016.701-3.959SATWE19.2224.41218.540-4.054两片墙采用两个子构造式墙单元，洞口上部分采用梁单元 A点x向位移A点z向位移B点x向位移B点z向位移ETABS22.0804.85021.614-4.640GSSAP19.3994.26118.888-4.034SATWE20.0514.60619.243-4.130b)罚约束c)单元剖分长度5x52x21x1ETABS22.0804.85021.614GSSAP19.3994.26118.888SATWE20.0514.60619.243单

4、元尺寸/厚度5d)墙上下节点协调500ECA30005003000FDG3000B1000kN5001000kNECA30003000500FDB3000G500500HI罚约束1罚约束2节点号程度位移(mm)按节点协调计算按罚约束1计算按罚约束2计算A4.2473.8514.195B3.5703.3233.510500ECA30005003000FDG3000B500kN500kN500kN500ECA30003000500500kNFDB3000G500500HI罚约束1罚约束2节点号竖向位移(mm)按节点协调计算按罚约束1计算按罚约束2计算A0.6410.4730.631B0.6410.

5、4730.631软件名处置方法 引起误差的缘由和控制方法SATWE节点协调产生很多厚度大于尺寸的小壳单元；上下节点剖分不对出现不协调理点。PMSAP节点约束 参与节点间罚约束使位移太小GSSAP节点协调+约束罚约束与节点协调相比，位移减少，所以当加罚约束时，节点间间隔应控制在0.5m之内，否那么应采用节点协调的计算方法2.2.次梁在空间分析中的计算模型次梁在空间分析中的计算模型 1)次梁来源：建模输入次梁和井字梁 2)延续次梁的两端所搭接梁抗扭过大 当延续次梁的两端搭接不是墙柱且为刚接时梁端边境条件自动设置为半刚，半刚系数为0.1，使延续次梁的两端弯矩较小，与实践模型相符。刚接:-13.74半

6、刚:-3.39铰接:0.003.3.梁柱的梁柱的7 7种变截面方式计算种变截面方式计算 1)截面高沿杆变化2)变化类型：等截面、线性变化、拱变化、圆弧变化、半拱变化、支托和分段变化 3)直线杆和圆弧杆按20段细分计算各段刚度。4.4.开洞梁的计算开洞梁的计算洞口大小对弯矩的影响 5.5.楼板的计算模型楼板的计算模型1)程序在计算楼层侧向刚度和楼层构造位移时按全楼平面内无限刚计算。 2)在总信息中选择能否“一切楼层强迫采用刚性楼板假定来决议构造振动周期和内力计算模型； 中选择“实践模型时，根据楼板的单元计算类型和节点周边板的情况自动构成实践模型来计算周期和内力。楼板的单元计算类型分为： a)刚性

7、板面内无限刚，面外刚度为0； b)膜单元面内弹性刚度，面外刚度0； c)板单元面内无限刚，面外是弹性板刚度 d)壳单元面内面外均为弹性刚度。 “实践模型判据为： 当构造有采用刚性板或板单元的楼板时，根据楼板所采用的计算单元自动构成多块平面内无限刚的刚板，对于用户指定为膜单元和壳单元等的不属于刚板上的楼板或节点自动根据实践情况按弹性楼板或自在节点计算。 3)思索几何不敏感性 网格扭曲系数端点弯矩荷载端点位移规范化端点剪力荷载端点位移规范化准确0.970.980.930.95GSSAP膜单元网格扭曲系数端点弯矩荷载端点位移规范化端点剪力荷载端点位移规范化准确0.9580.5020.5100.280

8、0.303ETABS膜单元6.6.带侧约束地下室的刚度带侧约束地下室的刚度1)刚度放大无根据；2)侧土弹簧根据侧土基床系数；3)侧土基床系数不同对顶点位移和周期的影响。7.7.层间梁和斜柱层间梁和斜柱1)立面和三维输入2)自动节点剖分 3)按弹性计算 图8.(8.(杆端和支座杆端和支座) )自在度的释放和约束自在度的释放和约束 1)1)梁两端铰接；梁两端铰接；2)2)单桩根底上柱下端铰接；单桩根底上柱下端铰接；3)3)地下室嵌固；地下室嵌固； 4)4)不等高嵌固；不等高嵌固；5)5)思索沉降不均匀计算。思索沉降不均匀计算。1)1)梁两端铰接；梁两端铰接；2)2)单桩根底上柱下端铰接；单桩根底上

9、柱下端铰接；3)3)地下室完全嵌固；地下室完全嵌固； 构造层1平面嵌固时，设置构造层2中同一刚板号任一墙柱下节点约束。 4)4)不等高嵌固；不等高嵌固；a)在总体信息中按实践模型计算；b)构造层2平面嵌固时，设置构造层2中墙柱下节点约束。 5)5)思索沉降不均匀计算思索沉降不均匀计算 只用于对重力恒荷载工况下约束，用于思索不均匀沉降对构造的影响 。9.9.砖墙在空间分析中的计算砖墙在空间分析中的计算 砖墙计算模型为开洞墙元，可计算复杂的砖砼混合构造。10.10.单元自动剖分单元自动剖分 单元自动剖分是计算准确的重要一环。单元自动剖分是计算准确的重要一环。 1 1线单元剖分：变截面、相邻弹性板、

10、中间有其它构件线单元剖分：变截面、相邻弹性板、中间有其它构件搭接点；搭接点； 2 2墙和梁带洞口的矩形单元剖分；墙和梁带洞口的矩形单元剖分； 3 3板的凸凹多边形剖分。板的凸凹多边形剖分。 可自动剖分二维恣意凸凹多边形，多边形内可包含多边形洞口、剖分点和剖分线。 根底CAD中的凸凹多边形剖分。三、荷载与作用三、荷载与作用 1.1.通用分析中荷载的完好输入通用分析中荷载的完好输入1)4个数据：类型、工况、方向和大小；2)类型指的是它的方式如均布和分布等；3)8类工况为：恒、活、水土压力、预应力、雪、温度、人防、施工和风荷载；4)6个荷载作用方向：部分坐标的1、2、3轴和总体坐标的X、Y、Z轴；5

11、)可以在墙柱梁板上人工布置荷载。2.2.恒活荷载分重力类和非重力类恒活荷载分重力类和非重力类 工况类型荷载工况恒荷载重力类恒荷载：构造自重、装修等计入质量的恒荷载非重力类恒载：土侧压力、水侧压力、水浮力和预应力荷载等不计入质量的恒荷载可变荷载重力活载：规范定义的楼面活荷载，计入质量吊车荷载，可计入质量雪荷载，计入质量风荷载：可思索8个方向温度:升温暖降温地震作用地震作用：可思索8个方向工况偶尔偏心地震作用：可思索8个方向工况人防荷载人防等效静力荷载施工荷载施工荷载3.3.温度荷载的计算温度荷载的计算 墙柱梁板都支持温度应力分析:1包含升温暖降温两工况；2可布置均匀升降温暖温度梯度荷载；3采用应

12、力松弛系数来思索钢筋混凝土构造的徐变，实践温差乘以应力松弛系数作为计算温差，应力松弛系数根据温差变化过程的缓慢程度不同可取0.3-0.5，温差变化过程快时应力松弛数大，反之那么小。4.4.地下室的人防设计地下室的人防设计 可以进展各种复杂的地下室人防计算:1)多层人防的计算；2)构造部分人防的计算；3)多个人防单元的计算；4)没有直接布置人防荷载的墙柱梁板的人防计算。计算过程： 1)选择“人防荷载工况输入墙柱梁板的人防荷载； 2)设置墙柱梁板思索人防设计，没有直接布置人防荷载的墙柱梁板可思索人防设计； 3)三维线弹性有限元分析； 4)人防作用效应组合； 5)人防构件截面计算 。5.5.施工荷载

13、作用施工荷载作用 1高层建筑构造首层楼面宜思索施工荷载，不宜小于10kN/m2；2单独作为一个荷载工况输入； 3墙柱梁板内力组合： 1.0恒+1.0施工荷载 G恒+1.0施工荷载6.6.风荷载作用风荷载作用 1)1)迎风面计算迎风面计算 根据风荷载作用方向，将建筑外轮廓投影到垂直风荷载作根据风荷载作用方向，将建筑外轮廓投影到垂直风荷载作用方向的平面，每一楼层的层高乘以楼层投影宽度就是迎风面用方向的平面，每一楼层的层高乘以楼层投影宽度就是迎风面积。这里留意，当楼层由多个刚性隔板组成时互不连通应积。这里留意，当楼层由多个刚性隔板组成时互不连通应分别计算每个刚板的投影宽度，否那么风荷载会漏掉。分别计

14、算每个刚板的投影宽度，否那么风荷载会漏掉。 2)2)层风荷载的分配层风荷载的分配 根据每个节点的按迎风面积分配，好于以往计算作用于质根据每个节点的按迎风面积分配，好于以往计算作用于质心的方法，两者顶点位移误差最大可达心的方法，两者顶点位移误差最大可达20%20%。 3)3)多方向的风荷载计算多方向的风荷载计算 有斜交抗侧力构件的构造，当相交角度大于有斜交抗侧力构件的构造，当相交角度大于1515时，在时，在风荷载计算时也应分别计算各抗侧力构件方向的程度力作用。风荷载计算时也应分别计算各抗侧力构件方向的程度力作用。 最多可输入最多可输入8 8个风荷载方向，每个风荷载方向作为一个独个风荷载方向，每个

15、风荷载方向作为一个独立的工况参与内力组合。立的工况参与内力组合。 如如0 0、9090、180180、2702704)4)不同方向的风根本风压、体型系数和自振周期不同不同方向的风根本风压、体型系数和自振周期不同 5)5)楼顶附属物的风荷载计算楼顶附属物的风荷载计算1)梁柱上可输入每个风作用方向的体型系数和迎风宽度，墙板可输入每个风方向的体型系数和迎风面积；2)根本风压、风压高度变化系数和距地Z高度处风振系数按构件所在的层自动计算；3)也可同普通的静力荷载输入，只是工况要选择风荷载工况；4)按层导的风荷载和用户在构件布置的风荷载相互叠加。7.7.地震作用地震作用 1 1多个地震方向计算多个地震方

16、向计算 a)最多可设置8个地震方向；b)每个方向可思索偶尔质量偏心；c)每个方向可思索双向地震的改动效应；d)每个方向进展刚度比和剪重比等验算并做相应的内力调整。2 23 3种固有频率求解方法种固有频率求解方法 子空间迭代法计算精度高，但速度稍慢。对于小型构造，当计算振型较多、或需计算全部构造振型时，宜选择该方法。对于普通构造计算，建议采用该方法计算。 兰索斯(Lanczos)方法速度快，精度稍低。对于普通的构造计算，只需求解构造的前几十个振型，需计算振型数远小于构造的总自在度数、质点数，兰索斯方法的计算结果与子空间迭代法计算结果根本一样。 李兹向量(Ritz)直接法的速度、精度介于前两者之间

17、。 在普通的构造设计中，三种计算方法的计算精度都能满足设计要求，对于特殊构造当采用一种方法求解不收敛或不能求解固有频率时，可换另一种方法求解。8.8.吊车荷载的计算吊车荷载的计算 1) 1) 吊车轨道吊车轨道 a)a)两轨道可不在同一高度；两轨道可不在同一高度； b)b)两轨道可不平行；两轨道可不平行； c)c)每条轨道的两端点可不在同一高度。每条轨道的两端点可不在同一高度。2) 2) 荷载作用点荷载作用点 a)a)与柱自动求交；与柱自动求交； b)b)与梁自动求交。与梁自动求交。四、有关计算的原那么四、有关计算的原那么 1.1.模拟施工和后浇计算模拟施工和后浇计算1)准确的模拟施工计算 :其

18、中ninnnniii122211,层号n 程序对于模拟施工的求解方法，不采用任何近似的方法，而是真正按施工过程的形状进展模拟计算，荷载和刚度两个都在变化的求解，结果合理。2)后浇构件的计算 在框剪构造设计中，由于中心筒剪力墙与周围柱竖向变形差别大，与两者衔接的梁在计算上往往承载力不够，设计上可思索后浇施工。可设置墙柱梁板的模拟施工号实现后浇施工计算。 2.2.关于活荷载计算关于活荷载计算 1)思索活荷载不利布置 按延续梁排序思索11种布置情况思索求解速度和足够多的布置包括不利情况，第1跨和第11跨活载同时布置。2)思索墙柱根底活荷载折减 处置方法：a)在总体信息中可选择按表4.1.2 规定折减

19、。b)其他房屋类别时，每根墙柱的属性中可设置活荷载分项系数，缺省随总体信息1.4，如墙柱活载折减为0.9，那么可设置此墙柱活荷载分项系数=1.4*0.9=1.26，经过荷载组合思索墙柱活荷载折减。荷载规范4.1.2中设计墙、柱和根底时的折减系数：1)第1(1)项应按表4.1.2 规定采用；2)第1(2)7 项应采用与其楼面梁一样的折减系数；3)第8项对单向板楼盖应取0.5；对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8 ； 4 )第912 项应采用与所属房屋类别一样的折减系数。3)思索梁活荷载折减 处置方法：每条梁的属性中可设置活荷载分项系数，缺省随总体信息1.4，如梁活载折减为0.9，那么可设置此梁活荷载

20、分项系数=1.4*0.9=1.26，经过荷载组合思索梁活荷载折减 。荷载规范4.1.2中设计楼面梁时的折减系数：1)第1(1)项当楼面梁从属面积超越25 时，应取0.9；2)第1(2)7 项当楼面梁从属面积超越50 时应取0.9；3)第8 项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8；对单向板楼盖的主梁应取0.6；对双向板楼盖的梁应取0.8 。4)4)工业构造设计工业构造设计 荷载规范附录C中，对不同的工业建筑构造提供了不同的活载组合值系数和准永久值系数，总体信息和构件的属性中可设置活荷载组合值系数和准永久值系数满足工业构造设计的需求。 3.3.多塔错层构造计算多塔错层构造计算 1)准确计算风

21、荷载；2)两塔顶可有不同的小楼；3)两塔可不等高；4)刚度比、周期比，刚重比和位移比等可按塔输出；5)施工图可按AB塔输出。 4.4.上部构造与地下室结合分析及地下室设计上部构造与地下室结合分析及地下室设计 1)根底回填土对构造的约束作用；2)地下室部分无风荷载作用；3)构造主体高度扣除了带侧约束地下室部分和小塔楼部分；4)内力调整时带侧约束地下室的上一层为底层；5)剪力墙底部加强区断定时，带侧约束地下室的上一层为首层；6)带侧约束地下室柱长度系数自动计算为1.0。 5.5.连梁的计算和设计连梁的计算和设计 1)连梁自动断定条件：两端为剪力墙，至少一端墙轴线方向与梁一样程序判别小于25度且跨高

22、比小于等于5；2)被虚柱打断的连梁能自动断定；3)超出自动断定的范围时，请修正梁属性中的设计类型，可指定连梁或去掉连梁指定；4)连梁的混凝土等级随各层信息时，连梁随墙的各层信息，连梁抗震等级随总信息时，随墙的总信息； 5)当思索连梁刚度折减时，只在地震分析中思索，不能在静力和风荷载分析中折减连梁刚度，静力和风荷作用下连梁是不能开裂和破坏的，所以地震分析和静力或风分析的刚度是不同的，假设不思索这一点，墙内力计算结果偏小，框架结果偏大。 6.6.梁刚度增大梁刚度增大 1)不是连梁；2)梁高和宽小于800mm；3)相邻板的计算单元类型刚性板或膜单元，不是壳单元、板单元或三维元；4)当同总信息时，两边

23、有板时，梁刚度乘以总信息中的“梁刚度增大系数，一边有板时，梁刚度乘以1.0+总信息中的梁刚度增大系数/2，两边无板时，梁刚度不放大;5)在梁的设计属性中可设置“梁刚度增大系数。 7.7.梁的计算长度梁的计算长度 1)当梁被分成两段时，应按实践梁长计算跨高比； 2)自动计算梁的计算长度：按梁重力恒载作用下的弯矩和所塔墙柱计算实践长度。 8.8.柱的计算长度柱的计算长度 1计算长度=柱长度*计算长度系数；2程序会自动计算B边和H边柱长度和计算长度系数，思索单边跨层柱情况；3单向计算取各自方向的计算长度，双向计算时按按弯矩比例取值；4)可选择按层或按梁柱约束刚度比计算长度系数高层构造中，柱刚度较大，按梁柱约束刚度比所求计算长度系数偏大。